전압별 PCB 패턴 간격 계산기

2021-10-31 update log: 내용상 예시를 AC 220V의 Peak 전압 기준으로 수정함(오류를 지적해 주신 익명의 제보자 ㅇㅇ님 감사합니다.)

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평소에 아두이노나 ESP시리즈의 부품 등으로 공부를 할 때는 전혀 신경 쓰지 않는 부분이지만 점차 그 활용범위가 넓어지면서 전력 소비량이 많은 기기들을 컨트롤하다 보면 어느 순간 '맞아, 전기는 무서운 건데 조심해야겠네' 할 때가 있습니다. 일반적인 컨트롤 보드의 동작 전원 전압은 5V 혹은 3.3V로 매우 낮기 때문에 손으로 잡거나 실수로 합선이 된다거나 해도 큰 문제가 없죠. 하지만 그 전압이 높아지면 보드가 타버린다거나 터지는 등 순간의 실수가 되돌릴 수 없는 결과를 만들기도 합니다.

이 사진은 제가 AC 220V 일반 가정용 콘센트에 연결해서 아두이노의 전원으로 사용하기 위해서 구매한 AC-DC 스탭다운 레귤레이터입니다. 알리에서 구매를 했고 AC는 최대 270V DC는 최대 390V를 DC 5V로 만들어주는 녀석입니다. 

그런데 보시다시피 그 크기가 엄청 작아서 입력 전원이 들어가는 단자도 엄청 작습니다. 첨엔 아무 생각 없이 220V 전을 납땜해서 콘센트에 연결했더니 파지지직~ 하더니 펑!! 하는 소리와 함께 모듈이 사망한 적이 있었습니다. 자세히 보니 입력단자에 납땜한 납 똥이 너무 커서 쇼트가 생겼고 그게 원인이 되어 고장이 난 것 같았습니다.

그래서 이런 의문이 생겼습니다. 안전하게 사용하려면 양극 간 얼마나 간격을 띄워야 하는 건지? 220V를 사용하는데 저렇게 간격을 좁게 해도 괜찮은 건지? 그리고 저 모듈이 애초에 설계가 잘못된 건 아닌가 하는 여러 가지 생각이 들었습니다.

이럴 때 사용 전압별로 PCB path간격을 어떻게 설계하면 되는지 어느 정도 간격이 있어야 안전한 것인지를 판단해 볼 수 있는 계산기가 있어서 가져왔습니다.

Voltage (DC or AC peak)
SPACING	mm	inches
IPC-2221B:
external
internal
coated
IPC9592

출처: www.smps.us/pcbtracespacing.html#calculator

전압값을 넣고 계산 버튼을 누르면 상태별로 권장되는 최소 간격을 수치로 보여줍니다. 220V를 계산해보면,  약 1.25mm라는 결과가 나오네요. 음 생각보다 훨씬 좁네... 음 제 납땜실력이 문제인가 보네요. 220V는 교류 전기이기 때문에 피크치의 전압을 넣어야 합니다. 피크 전압은 교류 전기의 전압 변화가 사인 곡선을 그린다고 하면 RMS 전압인 220V에 √2를 곱해서 311.1V가 됩니다. 그러면 패턴 간격은 2.5mm가 되어야 한다는 계산이 나오네요. 레귤레이터 모듈에서 전압 인입 포트 간격은 약 2.8mm로 아슬아슬하게 스펙인이긴 한데 납 똥 때문에 2.5mm를 만족시키지 못했다는 결론이 되네요. 다시 도전해 봐야겠습니다. ^^;

 

끝!